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高斯列主元消元法解线性方程组

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发表于 2023-12-31 16:34 |只看该作者 |倒序浏览
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这段代码实现了高斯列主元消元法(Gaussian elimination with partial pivoting)来解线性方程组。这个方法是为了避免在计算过程中主元为零,从而导致除零错误或数值不稳定的问题。
+ G; k7 F! ]: Y. t2 k! X* S以下是对代码的解释:1 i" }0 R: x1 ?* }- G, Z) d  v

  o, i( k6 A+ i0 ^1.矩阵初始化:
# M* i1 B3 b. ^1 X+ o
! w2 f! \4 {- D   a = [0.012, 0.01, 0.167; 1, 0.8334, 5.91; 3200, 1200, 4.2];- I! ~0 s: l5 c7 E/ c% D- ]6 ?  ~
   b = [0.6781, 12.1, 981]';. m& j' K% i  h" G% j7 z7 ?
   n = length(b);4 w' g: ?5 l4 `+ W

1 [+ S. o. n, ?8 l. A% v7 h给定系数矩阵 a 和右侧向量 b,并初始化方程组的大小 n。% [' V! s( H* R8 v* S9 I0 J& m
! o; @, D7 @+ V6 x$ R% ^5 Y- a0 ~
2.高斯列主元消元:) M  n' b! E1 F) P) B
' @2 y, n# w" X- ?9 K" H. S
   for k = 1:n-1& e% E, T" F' M" y; k
       p = find(abs(a(k:n, k)) == max(abs(a(k:n, k))));   6 T! f# g1 ]* p7 ~' O. K' g) C5 M
       p = p + k - 1;
0 Q- y2 F( u! B- X       if(p ~= k)  y( Z/ ]4 S( [1 r- t% ]" e" s4 `
           t = a(k, ;
! l8 _- o, [% K# R; Q           a(k, = a(p, ;
2 z8 [, k( V% ]# `" j# {           a(p, = t;
4 T& C7 i. H0 x/ n  j( X           u = b(k);2 R# n4 A" J3 Z  u7 v% S8 M
           b(k) = b(p);9 a- e6 ^+ {: d$ E0 f& ]+ h
           b(p) = u;" p- w5 g2 |: L8 C
       end
1 p  E- q9 r0 E9 t2 o       m(k+1:n, k) = a(k+1:n, k) ./ a(k, k);
2 T6 i. V+ y' \/ x1 p' O, ?: g       a(k+1:n, k:n) = a(k+1:n, k:n) - m(k+1:n, k) * a(k, k:n);
+ Y$ ~6 y  g1 R" v# \1 c+ D  e. g       b(k+1:n) = b(k+1:n) - m(k+1:n, k) * b(k);  , a) p8 B" E9 H3 C' [% M( i
   end+ h* {3 y3 w8 t( x
: @( R$ M; R# f- t: _9 F
这个部分实现了高斯列主元消元法的过程。在每一步中,选取列主元(绝对值最大的元素所在行),并交换行,然后进行消元。3 H0 {7 m/ s( _( t; Z/ D
' i2 S0 D9 @# `" y& n. Z
3.回代过程:
: O9 E# e% A$ G& d" G  G& t) R" V' w
# }* y/ F; \8 `   x(n) = b(n) / a(n, n);
1 x, T! a' X$ e4 J; d   for i = n-1:-1:1
# b0 Y( b0 _3 j; J8 U0 \       sum = 0;' P8 T0 ~- d% q6 X! L- v. {
       for j = i+1:n+ a7 v8 s5 m- k/ H$ C" v
           sum = sum + a(i, j) * x(j);$ S# G+ h) ]6 X- E1 p( p$ N
       end3 ?, R# H% B8 n1 B
       x(i) = (b(i) - sum) / a(i, i);
* E% }! H2 |2 C# ^8 k9 h5 t1 Q2 l   end( T+ t* }9 O/ V1 J
0 h, j7 f( {2 W- `/ p! U' U
这个部分实现了回代过程,得到方程组的解向量 x。
8 N  n* }2 J' k4 g+ ^
- U" h5 d/ N& G. g) C4.打印结果:' Z1 O2 J% o: C0 J6 b" F+ c

' P3 D$ ]3 j2 J: H   jie = x';! a. G# o1 Z$ Y6 o* F1 E
! r* e8 p; i1 Z  y7 c  i
最后,打印求解得到的解向量。# c2 {$ _6 t0 \* S
这个算法通过选取列主元,可以有效地避免在消元过程中主元为零引起的数值问题。
5 c# n/ D4 u5 n  p$ g4 K
( p) H' b3 [# I+ T8 ]3 @) k+ h9 R7 d( H
zan
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